JP7078146B1 - 自動車用衝突エネルギー吸収部品、該自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに近年、衝突特性と軽量化の両立を目的として、高強度の鋼板が自動車部品に採用されている。高強度鋼板は従来の鋼板に比べて延性が小さいので、特に割れが発生しやすい。
したがって、自動車用衝突エネルギー吸収部品の端部から確実に座屈変形を生じさせることができて、安定した衝突エネルギー吸収効果を得ることができる自動車用衝突エネルギー吸収部品が求められていた。
<自動車用衝突エネルギー吸収部品>
本発明の実施の形態1に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品1は、図1及び図2に例示するように、車体の前部又は後部に設けられ、該車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に筒状部材3の長手方向に軸圧壊して衝突エネルギーを吸収するものであって、アウタ部品5とインナ部品7とが接合して筒状に形成された筒状部材3と、筒状部材3の内面に塗布された樹脂9と、を備えたものである。
なお、図1、図2に示した例は、図中の白抜き矢印に示す方向から衝突荷重が入力することを想定したものである。
ここで、閉断面空間とは、筒状部材3の軸方向に交差する方向における筒状部材3の周壁部の断面形状が閉断面であり、図1(a)に示す筒状部材3においては、その軸方向に沿って連続する閉断面により形成された空間のことをいう。このような閉断面空間は、ハット断面形状のアウタ部品5と平板状のインナ部品7とを接合することにより形成され、アウタ部品5とインナ部品7との接合は、例えばスポット溶接を適用することができる。
熱可塑系の樹脂としては、ビニル系(酢酸ビニル、塩化ビニル等)、アクリス系、ポリアミド系、ポリスチレン系、シアノアクリレート系のものが例示できる。
熱硬化系の樹脂としては、エポキシ系、ウレタン系、エステル系、フェノール系、メラミン系、ユリア系のものが例示できる。
エラストマー系の樹脂としては、ニトロゴム系、スチレンブタジエンゴム系、変性シリコン系、ブチルゴム系、ウレタンゴム系、アクリルゴム系のものが例示できる。
あるいは、接着後の筒状部材3と樹脂9の一部を切り出して引張試験機に設置し、一方は樹脂9を挟み、他方は金属板製の筒状部材3を折り曲げて形成した掴み部(図示なし)を掴んで引っ張る、若しくは、筒状部材3に掴み部品を接合して、該掴み部品を引張試験機で掴んで引っ張る方法により測定したものを、樹脂9と筒状部材3の接着強度としてもよい。
上記の場合においても、板状の樹脂と筒状部材3の内面との接着強度が10MPa以上必要である。
もっとも、衝突荷重が入力する側から樹脂9の厚みが漸次厚くなっている場合には、衝突荷重が入力した側の端部から座屈変形を開始し、その後軸方向に樹脂9の厚みが厚い側の端部へむけて座屈変形する。この場合にも、図1に例示の自動車用衝突エネルギー吸収部品1と同様の衝突エネルギー吸収効果を奏する。この点に関しては、後述する実施例にて実証する。
これにより、筒状部材3の座屈耐力を向上させるとともに、筒状部材3の変形抵抗を低下させることなく筒状部材3に蛇腹状に繰り返し座屈変形を発生させることでき、その結果、衝突エネルギーの吸収性能を向上させることができる。
筒状部材3において衝突エネルギーを吸収する能力が高い部位は、天板部5aと縦壁部5cをつなぐパンチ肩R部5bである。一方で、パンチ肩R部5bはアウタ部品5をプレス成形する際に、最も加工を受けやすく加工硬化する部位でもあり、加工硬化によって延性がさらに低下している。よって筒状部材3が座屈変形した際に、パンチ肩R部5bにおける蛇腹形状の凸状の曲げ部には特に金属板の破断が発生しやすい。
したがって、少なくともパンチ肩R部5bの内面に樹脂9が接着していることが必須である。
次に、本実施の形態1に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法について、説明する。
本実施の形態1に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法は、図1及び図2に例示した自動車用衝突エネルギー吸収部品1を製造する方法であって、筒状部材3の内面に樹脂9を塗布する工程と、樹脂9を塗布した筒状部材3を加熱処理して接着強度を向上する工程と、を含むものである。
即ち、衝突荷重が入力する側から樹脂9の厚みが漸次薄くなるように樹脂9を塗布する、あるいは、衝突荷重が入力する側から樹脂9の厚みが漸次厚くなるように樹脂9を塗布する。
前述したように、アウタ部品5の少なくともパンチ肩R部5bの内面に樹脂9を塗布すれば良いので、樹脂による重量増を考慮する場合には、パンチ肩R部5bの内面にのみ樹脂9を塗布してもよい。
これに対し、接着剤を用いて接着する場合においては、樹脂9と筒状部材3の内面とを接着剤を介して接着した後に加熱処理を行い、当該接着剤の接着強度が10MPa以上となるように加熱処理の温度及び時間を適宜調整すればよい。また、本発明において加熱処理を行う工程は、例えば、筒状部材3の外面に塗料を塗装して焼付処理をする工程を兼ねたものであってもよい。
そして、加熱処理する工程において、板状の樹脂と筒状部材3の内面との接着強度が10MPa以上となるようにすればよい。
<自動車用衝突エネルギー吸収部品>
前述の実施の形態1に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品1においては、筒状部材3の内面と樹脂9との接着強度を10MPa以上とすることで、軸圧壊時に樹脂9が筒状部材3の内面から離脱することを抑止するものであったが、本実施の形態では、更に確実に樹脂9の離脱を防止する手段を検討した。
本実施の形態2に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品15は、図5及び図6に示すように、実施の形態1で説明した自動車用衝突エネルギー吸収部品1の構成に加えて樹脂9が筒状部材3の内面から離脱することを防止するための離脱防止部材17を備えたものである。筒状部材3及び樹脂9に関しては実施の形態1と同様であるため説明を省略し、以下離脱防止部材17について詳しく説明する。
なお、樹脂9は少なくともパンチ肩R部5bの内面に必要とされ、しかも、できるだけ軽量化したいので、樹脂9の縦壁高さを短くしたいことから、離脱防止部材17はアウタ部品5の縦壁部5cに接合させるようにした。
もっとも、本実施の形態においても実施の形態1と同様に、樹脂9は、衝突荷重が入力する側から厚みが漸次厚くなっていてもよい。
上記のように本実施の形態の自動車用衝突エネルギー吸収部品15の樹脂9は10MPa以上の接着強度で筒状部材3の内面に接着しているとともに、離脱防止部材17とも10MPa以上の接着強度で接着されている。
そして、板状の樹脂と筒状部材3の内面及び離脱防止部材17との接着強度が10MPa以上であればよい。
図3、図4のように、樹脂9が2箇所に分かれて塗布又は貼付されている場合には、図5、図6と同様に1枚の離脱防止部材17を用いてもよいし、あるいは、離脱防止部材17を2枚用いて、それぞれを樹脂9の表面に沿うように配設してもよい。この場合には、2枚の離脱防止部材17を筒状部材3の天板部5aと縦壁部5cに接合する。
次に、本実施の形態2に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法について、説明する。
本実施の形態2に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法は、図5及び図6に例示した自動車用衝突エネルギー吸収部品15を製造する方法であって、筒状部材3の内面に樹脂9を塗布する工程と、離脱防止部材17を筒状部材3の縦壁部5cの内面に接合する工程と、樹脂9を塗布した筒状部材3を所定の条件で加熱処理し、樹脂9を筒状部材3の内面及び離脱防止部材17のそれぞれに10MPa以上の接着強度で接着する工程と、を備えたものである。
即ち、衝突荷重が入力する側から樹脂9の厚みが漸次薄くなるように樹脂9を塗布する、あるいは、衝突荷重が入力する側から樹脂9の厚みが漸次厚くなるように樹脂9を塗布する。
これに対し、接着剤を用いて接着する場合においては、当該接着剤の接着強度が10MPa以上となるように加熱処理の温度及び時間を適宜調整すればよい。また、本発明において加熱処理を行う工程は、例えば、筒状部材3の外面に塗料を塗装して焼付処理をする工程を兼ねたものであってもよい。
例えば、離脱防止部材17における筒状部材3と接合したときに少なくともパンチ肩R部5bの内面と対向することになる部分に、一端側から他端側に向かって軸方向に漸次厚みが変化し該厚みの最も厚い部分が8mm以下となるように樹脂9を塗布又は貼付する工程と、離脱防止部材17に塗布又は貼付した樹脂9が筒状部材3の内面に当接するように配置して離脱防止部材17を筒状部材3の縦壁部5cの内面に接合する工程と、離脱防止部材17を内面に接合した筒状部材3を所定の条件で加熱処理し、樹脂9を筒状部材3の内面及び離脱防止部材17のそれぞれに10MPa以上の接着強度で接着する工程と、を備えたものであってもよい。
また、衝突荷重が入力する側から厚みが漸次厚くなるような樹脂9を塗布又は貼付したい場合には、筒状部材3と離脱防止部材17との隙間の大きさを、衝突荷重が入力する側から漸次大きくする。
また、筒状部材3の内面と離脱防止部材17の隙間に樹脂9を貼付する方法としては、隙間に対応するようにあらかじめ加工した樹脂板に接着剤を塗布したものを隙間に差し込む方法が挙げられる。なお、接着剤は当該隙間にスプレーノズルを用いて噴霧して塗布してもよい。
この点に関しては、後述する実施例にて実証する。
これによって筒状部材3が座屈変形した際に、凸状に変形した曲げ部においては金属板と金属板との間に樹脂9が挟まれて筒状部材3の破断を防止し衝突エネルギー吸収性能を向上させることができる。
試験体19、21は、アウタ部品5とインナ部品7とがスポット溶接により接合された筒状部材3を有し、アウタ部品5における天板部5a、パンチ肩R部5b及び縦壁部5cの内面に塗布又は貼付された樹脂9を覆うように離脱防止部材17が配置されてアウタ部品5の縦壁部5cの内面に接合されている。
発明例3である試験体23は、離脱防止部材17が配置されていない他は試験体19と同一であった。
発明例4である試験体25は、離脱防止部材17が配置されていない他は試験体21と同一であった。
試験体27の樹脂厚は4.5mmとし、樹脂重量は0.22kgであった。
さらに比較例2として、離脱防止部材17が配置されていない他は試験体27と同一であるものを試験体29とした。
図17は、各例のストローク0~120mmにおける吸収エネルギーを比較したものである。図17に示すように、発明例1、2共に、同じ樹脂重量である比較例1に対して吸収エネルギーは同等以上になっており、本発明の実施の形態2に係る発明例における高い衝突性能を示した。
図19は、各例のストローク0~120mmにおける吸収エネルギーを比較したものである。図19に示すように、発明例3、4共に、同じ樹脂重量である比較例2に対して吸収エネルギーが同等以上になっており、本発明の実施の形態1に係る発明例における高い衝突性能を示した。
3 筒状部材
5 アウタ部品
5a 天板部
5b パンチ肩R部
5c 縦壁部
7 インナ部品
9 樹脂
11 自動車用衝突エネルギー吸収部品(実施の形態1の他の態様)
13 自動車用衝突エネルギー吸収部品(実施の形態1の他の態様)
15 自動車用衝突エネルギー吸収部品(実施の形態2)
17 離脱防止部材
19 試験体(発明例1)
21 試験体(発明例2)
23 試験体(発明例3)
25 試験体(発明例4)
27 試験体(比較例1)
29 試験体(比較例2)
Claims (12)
- 車体の前部又は後部に設けられ、該車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に衝突エネルギーを吸収する自動車用衝突エネルギー吸収部品であって、
天板部と、該天板部にパンチ肩R部を介して連続する縦壁部を有する筒状部材と、該筒状部材の少なくとも前記パンチ肩R部の内面に塗布又は貼付された樹脂とを有し、
該樹脂は、安定した衝突エネルギー吸収効果を得て衝突性能を向上させるために一端側から他端側に向かって軸方向に漸次連続的に変化する厚みを有し、該厚みの最も厚い部分が8mm以下で、かつ10MPa以上の接着強度で前記内面に接着され、前記衝突荷重が入力した際に前記樹脂の厚みの薄い方の端部側から確実に座屈変形を生じて軸圧壊することを特徴とする自動車用衝突エネルギー吸収部品。 - 前記樹脂が前記内面から離脱するのを防止するために該樹脂の表面を覆うとともに前記筒状部材の内面に接合された離脱防止部材を有し、前記樹脂は10MPa以上の接着強度で前記離脱防止部材とも接着されていることを特徴とする請求項1記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品。
- 前記樹脂の厚みは、衝突荷重が入力する側から漸次連続的に薄くなっていることを特徴とする請求項1又は2記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品。
- 前記樹脂の厚みは、衝突荷重が入力する側から漸次連続的に厚くなっていることを特徴とする請求項1又は2記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品。
- 請求項1に記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品を製造する自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法であって、
前記筒状部材の少なくとも前記パンチ肩R部の内面に、安定した衝突エネルギー吸収効果を得て衝突性能を向上させるために一端側から他端側に向かって軸方向に厚みが漸次連続的に変化し該厚みの最も厚い部分が8mm以下となるように樹脂を塗布又は貼付する工程と、該樹脂を塗布又は貼付した前記筒状部材を所定の条件で加熱処理して前記樹脂を前記筒状部材の内面に10MPa以上の接着強度で接着する工程と、を備えたことを特徴とする自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法。 - 請求項2に記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品を製造する自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法であって、前記筒状部材の少なくとも前記パンチ肩R部の内面に、安定した衝突エネルギー吸収効果を得て衝突性能を向上させるために一端側から他端側に向かって軸方向に厚みが漸次連続的に変化し該厚みの最も厚い部分が8mm以下となるように樹脂を塗布又は貼付する工程と、前記内面に塗布又は貼付した前記樹脂が該内面から離脱するのを防止する離脱防止部材を前記樹脂の表面を覆うように配置して前記筒状部材の内面に接合する工程と、前記樹脂を塗布又は貼付した前記筒状部材を所定の条件で加熱処理し、前記樹脂を前記筒状部材の内面及び前記離脱防止部材のそれぞれに10MPa以上の接着強度で接着する工程と、を備えたことを特徴とする自動車用衝突吸収部品の製造方法。
- 請求項2に記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品を製造する自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法であって、前記離脱防止部材における前記筒状部材と接合したときに少なくとも前記パンチ肩R部の内面と対向することになる部分に、安定した衝突エネルギー吸収効果を得て衝突性能を向上させるために一端側から他端側に向かって軸方向に厚みが漸次連続的に変化し該厚みの最も厚い部分が8mm以下となるように樹脂を塗布又は貼付する工程と、該離脱防止部材に塗布又は貼付した樹脂が前記筒状部材の内面に当接するように配置して該離脱防止部材を前記筒状部材の内面に接合する工程と、該離脱防止部材を内面に接合した前記筒状部材を所定の条件で加熱処理し、前記樹脂を前記筒状部材の内面及び前記離脱防止部材のそれぞれに10MPa以上の接着強度で接着する工程と、を備えたことを特徴とする自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法。
- 請求項2に記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品を製造する自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法であって、前記筒状部材の少なくとも前記パンチ肩R部の内面との間に、安定した衝突エネルギー吸収効果を得て衝突性能を向上させるために一端側から他端側に向かって軸方向に漸次連続的に変化する隙間であって最も大きい部分が8mm以下となる隙間が形成されるように前記離脱防止部材を前記筒状部材の内面に接合する工程と、前記隙間に樹脂を塗布又は貼付する工程と、前記隙間に樹脂を塗布又は貼付した前記筒状部材を所定の条件で加熱処理し、前記樹脂を前記筒状部材の内面及び前記離脱防止部材のそれぞれに10MPa以上の接着強度で接着する工程と、を備えたことを特徴とする自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法。
- 前記樹脂の厚みを、衝突荷重が入力する側から漸次連続的に薄くすることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか一項に記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法。
- 前記樹脂の厚みを、衝突荷重が入力する側から漸次連続的に厚くすることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか一項に記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法。
- 前記隙間の大きさを、衝突荷重が入力する側から漸次連続的に小さくすることを特徴とする請求項8記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法。
- 前記隙間の大きさを、衝突荷重が入力する側から漸次連続的に大きくすることを特徴とする請求項8記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法。
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